CN107107065A - 耐磨辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于粉碎颗粒材料(例如用于水泥或采矿工业的原矿石)的耐磨辊(1)，其包括辊本体(2)，辊本体(2)上的磨损表面(3)，该磨损表面具有在辊的轴向方向上的轴向延伸和在辊的径向方向上的径向延伸，所述磨损表面(3)包括主要分率的基体材料和悬浮在基体材料中的第二分率的硬相材料，其中从辊的轴向上观察，在磨损表面的中心部分中的硬相材料的次要分率高于磨损表面的周边部分中的硬相材料的次要分率。本发明还涉及在辊本体上形成这种磨损表面的方法。

Description

耐磨辊

技术领域

本发明涉及一种用于压碎颗粒材料的耐磨辊，其包括辊本体和辊本体上的磨损表面，所述颗粒材料例如在水泥或采矿工业中使用的原矿石。磨损表面包括焊道(weldingbeads)，其具有不同分率(fraction)的硬相材料。此外，焊道的中心部分具有与周边部分相比较高分率的硬相材料。本发明还涉及在辊本体上形成这种磨损表面的方法。

背景技术

在辊本体上覆盖包含耐磨材料的磨损表面在研磨领域中是众所周知的。磨损表面可以包括由在表面中应用耐磨嵌钉(stud)而实现的耐磨材料，或者在上述类型的耐磨辊中包括具有高含量的碳化物的焊道。长期以来，已知碳化物具有接近金刚石的硬度，因此常常被广泛地应用于需要极耐磨和耐磨损的情况下的切割或研磨。焊在辊上的包括耐磨损和耐磨材料的焊道通常被称为辊的表面耐磨堆焊(hardfacing)。使用嵌钉技术在安装或者维护上通常都太昂贵，而且由于到辊本体的连接失效，在用于非常高的压力下(例如滚磨机或滚压破碎机)时也常常不足。制造嵌钉的耐磨材料非常昂贵，并且由于每个嵌钉的一部分嵌入辊中用于紧固嵌钉，并且只有较小部分的嵌钉从辊表面突出并且实际上用作耐磨材料，所以大部分昂贵的材料不会受到磨损，这是对耐磨材料的利用不足。

另一方面，表面耐磨堆焊具有更便宜，相当容易维护的优点和能承受极高压力的优点。然而，表面耐磨堆焊的众所周知的缺点是由于辊的磨损表面在辊的宽度上的不均匀磨损而导致研磨效率的降低。为了确保辊在相继的表面耐磨堆焊之间的合理使用寿命，表面耐磨堆焊技术通常被限制为使用昂贵的高耐磨材料。

因此，有利的是能够在保持辊的磨损表面更均匀的磨损分布的同时，使用表面耐磨堆焊处理的表面，以优化辊的耐磨性，保持较高的研磨效率以延长辊的使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分克服现有技术的上述缺点和缺陷。更具体地，本发明的一个目的是提供一种在介绍中提到的改进的耐磨辊，其中从辊的轴向方向观察，磨损表面包括在磨损表面的中心部分中的高分率的硬相材料和在磨损表面的周边部分中的较低分率的硬相材料。此外，本发明的一个目的是提供一种在辊本体上形成耐磨表面的方法，其特征在于将第一焊道焊到耐磨辊的中心部分，所述第一焊道包括第一次要分率的碳化物材料，以及将第二焊道焊到耐磨辊的周边部分，所述第二焊道包括第二次要分率的碳化物材料，碳化物材料的第二次要分率低于碳化物材料的第一次要分率。

上述目的以及许多其它目的，优点和特征将从下面的描述中显而易见，通过根据本发明的方案实现的，其是用于压碎例如用于水泥或采矿工业中的原矿石等的颗粒材料的耐磨辊，该耐磨辊包括辊本体，辊本体上的具有在辊的轴向的轴向延伸和在辊的径向的径向延伸的磨损表面，并且耐磨表面包括主要分率(primary fraction)基体材料和悬在该基体材料中的次要分率(secondary fraction)的硬相材料，其中从辊的轴向观察，在所述磨损表面的中心部分中的硬相材料的次要分率高于在磨损表面的周边部分中的硬相材料的次要分率。

在磨损表面的周边部分中具有较低含量的硬相材料的优点是，它们与暴露于高得多的磨损的中心部分一样快地磨损，因为中心部分的研磨压力较高。

在本发明的一个实施方式中，在辊的径向方向上观察，磨损表面的远侧部分包括比磨损表面的近侧部分更高分率的硬相材料。

在本发明的另一个实施方式中，磨损表面包括磨损表面的多个中心部分，其中所述多个中心部分包括的硬相材料的次要分率高于在磨损表面的周边部分中的硬相材料的次要分率。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面包括磨损表面的多个远侧部分，其中所述多个远侧部分包括的硬相材料的次要分率高于在磨损表面的近侧部分中的硬相材料的次要分率。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面由多个等离子转移弧(PTA)焊道制成，所述焊道包含至少两种不同次要分率的硬相材料。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面由多个激光熔覆沉积物(laser claddeddeposits)制成，其包含至少两个不同次要分率的硬相材料。

激光熔覆是一种沉积材料的方法，粉末状或线材原料通过使用激光通过激光熔覆熔化和固结，以使辊覆盖有在磨损表面的不同部分具有不同分率的硬相材料的磨损表面。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面由等离子转移弧(PTA)焊道的基体制成，其包含多个不同次要分率的硬相材料。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面由多个等离子转移弧(PTA)焊道制成，所述等离子转移弧焊道包含多个不同次要分率的硬相材料，硬相材料的次要分率从高浓度水平连续变化到低浓度水平。

在本发明的一个实施方式中，基体材料的主要分率选自镍，铁，钴及其合金。

在本发明的一个实施方式中，硬相材料的次要分率选自碳化钨、碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化硅、碳化硼、碳化铬、碳化钽、氧化铝及其固溶体。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面的中心部分优选地包含40-75％，或更优选地50-72％或甚至更优选地55-70％的次要分率的硬相材料，并且其中周边部分优选包含30-50％，或更优选地35-45％或甚至更优选地38-42％的次要分率的硬相材料。

在本发明的一个实施方式中，所述磨损表面的远侧部分优选地包括40-75％，或更优选地为50-72％或甚至更优选55-70％的次要分率的硬相材料，且其中所述近侧部分优选包含30-50％，或更优选35-45％或甚至更优选38-42％的次要分率的硬相材料。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面包括一系列周向焊道，其包含至少两个不同次要分率的硬相材料。

在本发明的一个实施方式中，焊道优选具有优选8mm至24mm的宽度，或更优选地宽度为10mm至22mm的宽度，甚至更优选为12mm至20mm的宽度。

根据本发明的一个实施方式，滚磨机包括材料进料，如上所述的用于粉碎材料进料的至少一个耐磨辊，并且所述磨机是辊压机或立式磨机。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面包括多个中心部分，其中所述多个中心部分包括的硬相材料的次要分率高于在磨损表面的周边部分中的硬相材料的次要分率，并且其中，硬相材料的次要分率从最中心部分的最高分率连续地增加到中心部分的最***部分中的最低分率。

在本发明的一个实施方式中，磨损表面包括磨损表面的多个远侧部分，其中所述多个远侧部分包括的硬相材料的次要分率高于在磨损表面的近侧部分中的硬相材料的次要分率，并且其中，硬相材料的次要分率从在最远侧部分中的最高分率连续增加到远侧部分的最近部分中的最低分率。

在根据本发明的在辊本体上形成磨损表面的方法中，所述方法包括以下步骤：将第一焊道焊到耐磨辊的中心部分，所述第一焊道包含第一次要分率的碳化物材料；以及将第二焊道焊接到所述耐磨辊的周边部分，所述第二焊道包括第二次要分率的碳化物材料，碳化物材料的第二次要分率低于碳化物材料的第一次要分率。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：将第三焊道焊接到耐磨辊的远侧部分，所述第三焊道包括第三次要分率的碳化物材料，将第四焊道焊接到耐磨辊的近侧部分，所述第四焊道包含第四次要分率的碳化物材料，碳化物材料的所述第四次要分率低于碳化物材料的第三次要分率。

附图说明

下面将参考所附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，其中示意图的目的在于示出一些非限制性实施方式，其中：

图1示出了现有技术的耐磨辊的横剖视图，

图2示出了本发明的耐磨辊的横剖视图，

图3示出了本发明的耐磨辊的横剖视图，

图4示出了悬浮在基体材料(MM)中的硬相材料(HPM)的示意图和放大视图，

图5a示出了磨损表面的截面的横剖视图，

图5b示出了磨损表面的截面的横剖视图，

图6a示出了现有技术的立式辊磨机的横剖视图，

图6b示出了现有技术的立式辊磨机的横剖视图，

图7示出了磨损表面的截面的横剖视图，

图8a示出了本发明的立式辊磨机的横剖视图，

图8b示出了本发明的立式辊磨机的横剖视图，

图9示出了辊磨机的透视图，和

图10示出立式辊磨机的透视图。

所有附图是高度示意性的并且不必按比例绘制，并且它们仅示出为了阐明本发明所必需的那些部分，其它部分省略或仅仅提出。

具体实施方式

图1示出了现有技术的耐磨辊1的横剖视图，该耐磨辊1包括辊本体2和辊本体上的磨损表面3。磨损表面3已经在其中间部分磨损，留下不均匀的磨损表面轮廓4，这是因为磨损表面3已经在辊的中心部分处部分地磨损。辊本体2上的磨损表面3具有在辊的轴线方向A上的轴向延伸，以及在辊的径向方向R上的径向延伸。图2示意性地示出了在本发明的耐磨辊1的实施方式中，磨损表面如何包括多个部分3a-3h。如图2所示，磨损表面3的微观结构包括主要分率(primary fraction)的基体材料MM和悬浮在基体材料中的次要分率(secondary fraction)的硬相材料HPM。在图1中，在辊的轴向方向A上观察到，在磨损表面3的中心部分3a中的硬相材料HPM的次要分率高于磨损表面3的周边部分3d中的硬相材料HPM的次要分率。在研磨过程中辊的中心部分通常暴露于最高磨损，因此在中心部分具有最耐磨材料对本发明是必需的。此外，更周边部分暴露于较低的磨损率，导致在辊的宽度上的不均匀磨损。然而，通过在辊的更周边部分布置耐磨性较低的耐磨材料，可以获得可控的磨损模式，从而延长辊的使用寿命，因为周边部分可被设计成通过选择较低的耐磨性从而以与中心部分相同的速率磨损，从而产生更均匀分布的磨损轮廓。如图1所示，现有技术的常规磨损表面轮廓4是非常不均匀的，这导致需要对表面进行高频的新表面耐磨堆焊(hardfacing)。在一段时间的操作之后，待研磨的材料被困在磨损表面的磨损中心部分，导致与新的或最近表面耐磨堆焊的磨损表面相比的研磨效率降低。为了避免这种影响，常规的磨损维护是频繁的表面耐磨堆焊。

表面耐磨堆焊是将硬质耐磨材料的厚涂层堆积于在操作过程中承受磨损的已磨损或新的构件表面上。

还如图1所示，在辊的径向方向R上观察，磨损表面3的远侧部分3e包括比磨损表面3的近侧部分3h更高分率的硬相材料HPM。硬相材料HPM通常是昂贵的，但也很脆性。因此，在磨损表面3不暴露于非常高的磨损条件下的部分中限制硬相材料的使用，则不仅降低了磨损表面的成本，而且提高了磨损表面的弹性或韧性强度。因此，与近侧部分相比，在更远侧部分具有较高次要分率硬相材料，降低了辊的成本并提高了弹性韧性强度。辊磨损表面的弹性或韧性强度对于在磨损表面引起大的变形的诸如钢块等异物或大块硬相进给材料的意外研磨是重要的。如果整个辊表面由具有高次要分率的硬相材料的脆性材料制成，则即使可以实现高耐磨性，磨损表面也容易开裂。

近侧表示接近辊的中心，而远侧表示接近辊的研磨表面。中心表示辊的中间部分，而周边指在辊的轴向上更接近磨损表面辊的边缘。

此外，如图2所示，磨损表面可包括多个中心部分3a、3b、3c，其包括的硬相材料HPM的次要分率比在磨损表面3的周边部分3d中的硬相材料HPM的次要分率更高。为了确保受控的磨损模式，几个中心部分的具有比周边部分更高的不同分率的可有利地确保均匀的磨损表面轮廓4，如图3所示。此外，磨损表面3可以包括多个远侧部分3e、3f、3g，其中所包括的硬相材料HPM的次要分率高于磨损表面3的近侧部分3h中的硬相材料HPM的次要分率，从而还可以通过改变在磨损表面的径向中的硬相材料HPM的次要分率来控制磨损表面轮廓。

图5a示出了根据本发明的磨损表面3的剖面，其中辊的磨损表面3由具有不同次要分率的硬相材料的焊道的基体制成。如图所示，在这里次要分率(这里是镍基金属基体中的碳化钨浓度)从磨损表面3的近侧和周边角中的40％的碳化物浓度改变为在磨损表面3的中心和远侧部分中的65％的碳化物浓度。从辊的径向观察，磨损表面3包括在磨损表面的中心部分3a中的高分率的硬相材料，和在磨损表面的周边部分3d中的较低分率的硬相材料，并且在磨损表面的远侧部分3e包括比在磨损表面3的近侧部分3h更高分率的硬相材料。

图5b示出了根据本发明的磨损表面3的剖面，其中辊的磨损表面3由具有不同次要分率的硬相材料的焊道的基体制成。如图所示，这里的次要分率(这里是镍基金属基体中的碳化钨浓度)从磨损表面3的近侧和周边角的40％的碳化物浓度改变为在磨损表面3的中心和远侧部分的65％的碳化物浓度。磨损表面3在磨损表面的中心部分3a中包含高分率的硬相材料，在磨损表面的周边部分3d中包含较低分率的硬相材料。

图6a示出了包括立式辊磨机辊21和立式辊磨机研磨台22的常规立式辊磨机的横剖视图。

图6b示出了磨损的常规立式辊磨机的横剖视图，其中磨损表面3已经部分磨损。虚线表示图6a中也示出的磨损表面3的未磨损轮廓P1、P3，且实线表示磨损表面3的磨损轮廓P2、P4。如图6b所示，磨损轮廓P2、P4在中心线周围不对称，如在图1-3所示的辊压机的情况下。因此，碳化物浓度的等分率布(graduation)应匹配磨损轮廓以减少这种不均匀的磨损。

图7示出了根据本发明的两个相对的磨损表面31、32，其中具有高碳化物浓度的磨损表面的中心部分不以最上面的磨损表面31中的中心线为中心，以抵消图6b中所示的不对称磨损。最上面示出根据本发明的立式辊磨机的辊的磨损表面31，并且最下面是根据本发明的立式辊磨机的磨台的磨损表面31的相对部分，其中磨损表面31，32由具有不同次要分率的硬相材料的焊道的基体制成。如所示，这里次要分率(这里是镍基金属基体中的碳化钨浓度)从在磨损表面的近侧和周边角中的40％的碳化物浓度改变为在磨损表面3的中心和远侧部分中的65％的碳化物浓度，阴影的说明见图5a、5b。

图8a示出了用于立式辊压机中的图7的磨损表面31、32，所述磨损表面具有未磨损轮廓P5。在图8b中，示出了具有本发明磨损表面的立式辊磨机中的具有磨损表面轮廓P6的磨损后的磨损表面3。如图8b所示，磨损后的磨损表面轮廓P6基本上与图8a中所示的未磨损的磨损表面轮廓平行。由于本发明的磨损表面3比现有技术更均匀地磨损，所以磨损表面将持续更长时间，从而缩短设备的停机时间并延长使用寿命。此外，由于缩小了高耐磨性区域，所以可以使用具有较高碳化物浓度的更昂贵的材料，而不增加磨损表面的成本。

有利的焊道宽度优选在8mm至24mm的范围内，或更优选地为10mm至22mm的宽度，甚至更优选为12mm至20mm的宽度。

根据本发明的耐磨辊1可以应用在辊压机10，立式磨机11或其它合适的研磨装置或粉碎装置中。辊压机10和立式磨机11的透视图如图6和7所示。

在根据本发明的在辊本体上形成磨损表面的方法中，第一步骤包括将第一焊道焊到耐磨辊的中心部分，所述第一焊道包括第一次要分率的硬相材料。在第一焊道之后，将第二焊道焊到辊本体上，第二焊道被焊到耐磨辊的周边部分，所述第二焊道包括第二次要分率的硬相材料，所述硬相材料的所述第二分率低于硬相材料的所述第一次要分率。部分重叠的硬相材料的次要分率的差异确保重叠体积的再加热使得通过在接近辊本体的重叠体积的下部中的碳化物的上升浓度来增加该体积中的耐磨性。

在根据本发明的在辊本体上形成磨损表面的方法中，所述方法包括以下步骤：将第三焊道焊到所述耐磨辊的远侧部分，所述第三焊道包括第三次要分率的硬相材料，并且将第四焊道焊到耐磨辊的近侧部分，所述第四焊道包括第四次要分率的硬相材料，硬相材料的所述第四分率低于硬相材料的所述第三次要分率。

磨损表面可以包括一系列周向焊道，其中相邻的周向焊道具有不同次要分率的HPM，并且基本上沿着耐磨辊的周向。然而，在本发明的一些实施方式中，代替线性形状的焊道在周向上具有正弦形状，锯齿形或阶梯函数形状。

立式磨机是用于研磨各种矿石的常用机器，广泛用于水泥生产。立式磨机的特征在于具有由齿轮和马达单元驱动的水平磨台。多个竖直辊沿研磨台的周边设置在其顶部，如图11所示。进给材料通过竖直辊和工作台之间的滚动动作压碎。压碎的进给材料逐渐移动到研磨台的外周边，在此处通过气流而向上提升。

由于研磨台和竖直辊之间的滚动动力学，两个相互作用表面都出现了不对称的磨损轮廓，如图7所示。无论竖直辊(球面，圆锥形或圆柱形)以及台(球面或平面)是怎样的几何形状，都出现了不对称的磨损轮廓。该磨损轮廓意味着立式磨机的效率降低，从而增加了操作成本。因此，期望实现一种磨损轮廓以确保当磨损表面逐渐磨损时，在整个使用寿命期间，工作台和辊子的相互作用表面基本上平行。

Claims (11)

1.一种用于将诸如水泥或采矿工业中使用的原矿石的颗粒材料压碎的耐磨辊(1)，包括：

-辊本体(2)，

-在辊本体(2)上的磨损表面(3)，其具有在所述辊的轴向(A)上的轴向延伸和在所述辊的径向(R)上的径向延伸，

-所述磨损表面(3)包括主要分率的基体材料(MM)和悬浮在该基体材料中的次要分率的硬相材料(HPM)，

其中在辊的轴向(A)上观察，所述磨损表面(3)的中心部分(3a)中的硬相材料(HPM)的次要分率高于所述磨损表面(3)的周边部分(3d)中的硬相材料(HPM)的次要分率。

2.根据权利要求1所述的耐磨辊(1)，其中在辊的径向(R)上观察，所述磨损表面(3)的远侧部分(3e)包括比该磨损表面(3)的近侧部分(3h)更高分率的硬相材料(HPM)。

3.根据权利要求1或2所述的耐磨辊(1)，其中所述磨损表面(3)包括所述磨损表面(3)的多个中心部分(3a，3b，3c)，其中所述多个中心部分所包括的硬相材料(HPM)的次要分率高于在所述磨损表面(3)的周边部分(3d)的硬相材料(HPM)的次要分率。

4.根据权利要求2或3所述的耐磨辊(1)，其中所述磨损表面(3)包括所述磨损表面(3)的多个远侧部分(3e，3f，3g)，其中所述多个远侧部分所包括的硬相材料(HPM)的次要分率高于所述磨损表面(3)的近侧部分(3d)中的硬相材料(HPM)的次要分率。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的耐磨辊(1)，其中所述磨损表面(3)由多个等离子体转移弧(PTA)焊道(4)制成，所述焊道包括至少两个不同次要分率的硬相材料(HPM)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的耐磨辊(1)，其中主要分率的基体材料(MM)选自镍、铁、钴及其合金。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的耐磨辊(1)，其中次要分率的硬相材料(HPM)选自碳化钨、碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化硅、碳化硼、碳化铬、碳化钽、氧化铝及其固溶体。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的耐磨辊(1)，其中所述磨损表面(3)的中心部分(3a)优选地包括40-75％，或更优选地50-72％或甚至更优选地55-70％的次要分率的硬相材料(HPM)，并且其中周边部分(3b)优选包括30-50％，或更优选地35-45％或甚至更优选地38-42％的次要分率的硬相材料(HPM)。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的耐磨辊(1)，其中所述磨损表面(3)的远侧部分(3e)优选地包括40-75％，或更优选地为50-72％或甚至更优选55-70％的次要分率的硬相材料(HPM)，且其中所述近侧部分(3b)优选包括30-50％，或更优选35-45％或甚至更优选38-42％的次要分率的硬相材料(HPM)。

10.一种在辊本体上形成磨损表面的方法，所述方法包括以下步骤：

-将第一焊道焊到耐磨辊的中心部分，所述第一焊道包括第一次要分率的碳化物材料，

-将第二焊道焊到所述耐磨辊的周边部分，所述第二焊道包括第二次要分率的碳化物材料，碳化物材料的所述第二次要分率低于碳化物材料的所述第一次要分率。

11.根据权利要求10所述的在辊本体上形成磨损表面的方法，所述方法还包括以下步骤：

-将第三焊道焊到所述耐磨辊的远侧部分，所述第三焊道包括第三次要分率的碳化物材料，

-将第四焊道焊到所述耐磨辊的近侧部分，所述第四焊道包括第四次要分率的碳化物材料，碳化物材料的所述第四分率低于碳化物材料的所述第三次要分率。